第2章网络覆盖优化课件

2023/1/141第2章

网络覆盖优化

本章要点无线电波传输天线原理和使用网络覆盖的评估指标2023/1/1422.1

天线的基本知识一、天线的基本特性

1、天线辐射的方向图

方向性指天线向一定方向辐射电磁波的能力对接收天线表示天线对来自不同方向的电波的接收能力方向图天线方向的选择性常用方向图来表示工程设计中一般使用二维方向图无线网络优化中需使用三维方向图2023/1/1432.1

天线的基本知识二维方向图2023/1/1442.1

天线的基本知识三维方向图2023/1/1452.1

天线的基本知识2、波束宽度方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣波束宽度：在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角10dB波束宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低10dB（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角.

主瓣波束宽度越窄，方向性越好，抗干扰能力越强2023/1/1462.1

天线的基本知识2023/1/1472.1

天线的基本知识3、天线增益天线功率增益表示在某特定方向上能量集中能力天线增益指在相同输入功率下，天线在最大辐射方向上某点产生的辐射功率密度和将其用参考天线替代后在同一点产生的辐射功率密度之比参考天线为全方向性天线(在所有方向上辐射功率密度都均匀相同)：增益用dBi表示参考天线为半波振子天线:增益用dBd表示同一个天线用dBd和dBi分别表示时的转换关系为：0dBd=2.15dBi2023/1/1482.1

天线的基本知识天线中的振子其实就是谐振单元，振子的尺寸要和接收或发射的信号波长尺寸对应才能达到最大效果。两臂长度相等的振子叫做对称振子；每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子

。2023/1/1492.1

天线的基本知识各向同性辐射器：在所有方向上，辐射强度相等的理想无耗天线。2023/1/14102.1

天线的基本知识4、天线驻波比

驻波比是表示馈线与天线匹配程度的指标。

传输线(或馈线)：连接天线和发射(或接收)机输出(或输入)端的导线，用来传送电磁波信号的。2023/1/14112.1

天线的基本知识馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收,馈线上只有入射波，没有反射波。天线和馈线不匹配时，负载只能吸收部分能量,入射波的一部分能量反射回来形成反射波。驻波比越高，表示阻抗越不匹配，一般情况下做到驻波比小于1.5就算可以了。

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天线的基本知识5、天线的极化

极化用于描述电磁波中电场的方向，分为单极化和双极化。即电磁波中电场的方向就是天线的极化方向。移动通信中一般采用单极化全向天线（垂直极化）和双极化定向天线。2023/1/14132.1

天线的基本知识2023/1/14142.1

天线的基本知识

极化的作用在于可以选择性地接收极化波，或是对极化波进行隔离。垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。例如：当用+45°极化天线接收垂直极化或水平极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。2023/1/14152.1

天线的基本知识双极化天线是在一副天线罩下水平线极化与垂直线极化做在一起的天线。它既能收发水平极化波，又能收发垂直极化波，有利于节省天线的数量。2023/1/14162.1

天线的基本知识6、天线下倾运用天线下倾技术可以有效控制天线的覆盖范围，减小系统内的干扰。

天线下倾主要是改变天线的垂直方向图主瓣指向，使垂直方向图的主瓣信号指向覆盖小区，而垂直方向图的零点或副瓣对准受其干扰的同频小区。2023/1/14172.1

天线的基本知识

天线下倾剪辑师可以通过两种方式实现：机械下倾：通过机械装置调节天线向下倾斜所需角度电下倾：通过调节天线各振子单元相位(相控阵天线技术)，使天线垂直方向图主瓣下倾一定角度，而天线本身仍保持和地面成垂直放置的位置2023/1/14182.1

天线的基本知识2023/1/14192.1

天线的基本知识7、天线前后比天线方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比前后比值越大，天线定向接收性能就越好以dB表示的前后比=10log（前向功率/反向功率）典型值为25dB左右。前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话。2023/1/14202.1

天线的基本知识2023/1/14212.1

天线的基本知识二、基站天线的类型

1、全向天线在水平各个方向上功率均匀地辐射，水平方向图的形状基本为圆形，典型增益值是6~9dBd。

2、定向天线定向天线的水平和垂直辐射方向图是非均匀的，辐射功率或多或少集中在一个方向，典型增益值是9~16dBd。2023/1/14222.1

天线的基本知识2023/1/14232.1

天线的基本知识2023/1/14242023/1/14252023/1/14262023/1/14272.2

移动通信的电波传播特性2023/1/14282.2移动通信的电波传播特性电波传播方式2023/1/14292.2

移动通信的电波传播特性

1)直射波电波传播过程中没有遇到任何的障碍物,直接到达接收端的电波,称为直射波。直射波更多出现于理想的电波传播环境中。

2)反射波电波在传播过程中遇到比自身的波长大得多的物体时,会在物体表面发生反射,形成反射波。反射常发生于地表、建筑物的墙壁表面等。

2023/1/14302.2

移动通信的电波传播特性

3)绕射波电波在传播过程中被尖利的边缘阻挡时,会由阻挡表面产生二次波,二次波能够散布于空间,甚至到达阻挡体的背面,那些到达阻挡体背面的电波就称为绕射波。由于地球表面的弯曲性和地表物体的密集性,使得绕射波在电波传播过程中起到了重要作用。

4)散射波电波在传播过程中遇到障碍物表面粗糙或者体积小但数目多时,会在其表面发生散射,形成散射波。散射波可能散布于许多方向,因而电波的能量也被分散于多个方向。

2023/1/14312.3

移动信道的特征电波传播现象2023/1/14322.3

移动信道的特征多径衰落,或称多径效应，移动通信电波传播最具特色的现象。无线电波在传输过程中会受到地形、地物的影响而产生反射、绕射、散射等,从而使电波沿着各种不同的路径传播,这称为多径传播。由于多径传播使得部分电波不能到达接收端,而接收端接收到的信号也是在幅度、相位、频率和到达时间上都不尽相同的多条路径上信号的合成信号,因而会产生信号的频率选择性衰落和时延扩展等现象,这些被称为多径衰落或多径效应。2023/1/14332.3

移动信道的特征

所谓频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率有关,即传输信道对信号中不同频率成分有不同的、随机的响应。由于信号中不同频率分量衰落不一致,因此衰落信号波形将产生失真。

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移动信道的特征所谓时延扩展是指由于电波传播存在多条不同的路径,路径长度不同,且传输路径随移动台的运动而不断变化,因而可能导致发射端一个较窄的脉冲信号在到达接收端时变成了由许多不同时延脉冲构成的一组信号。 时延扩展可直观地理解为在一串接受脉冲中,最大传输时延和最小传输时延的差值,即最后一个可分辨的延时信号与第一个延时信号到达时间的差值。2023/1/14352.3

移动信道的特征移动台接收信号的强度随移动台的运动产生随机变化(即衰落),这种变化的周期从几分之一秒至几小时不等。因此移动通信电波传播中的衰落又常分为慢衰落和快衰落两种。

慢衰落(也称长期衰落)指的是接收信号强度随机变化缓慢,具有十几分钟或几小时的长衰落周期。慢衰落主要是由电波传播中的阴影效应以及能量扩散所引起的,具有对数正态分布的统计特性。

快衰落(也称短期衰落或多径衰落)指的是接收信号强度随机变化较快,具有几秒钟或几分钟的短衰落周期。快衰落主要是由电波传播中的多径效应所引起的,具有莱斯分布或瑞利分布的统计特性。当发射机和接收机之间有视距路径时一般服从莱斯分布,无视距路径时一般服从瑞利分布。2023/1/14362.3

移动信道的特征阴影效应（盲区）：某些特定区域中，电波被吸收后被反射而使移动台接收不到信息。路径损耗是上述现象的一个综合结果,指的是信号从发射天线经无线路径传播到接收天线时的功率损耗。2023/1/14372.3

移动信道的特征

自由空间的传播衰耗

自由空间是理想空间，是相对介电常数和导磁率均为1的均匀介质所存在的空间。

自由空间的路径损耗Lbs计算公式为：

Lbs=32.45+20lgd（km）+20lgf（MHz）

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电波传播的路径损耗预测

2.4.1

地形地物的分类

准平滑地形

1)地形的分丘陵地形类和定义不规则地形孤立山岳

倾斜地形

水陆混合地形

开阔区

2)地物的分郊区类和定义市区

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电波传播特性

2.4.2

准平坦地形电波传播损耗中值

(1)市区传播衰耗中值的预测

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(2)郊区和开阔区的传播衰耗中值

2023/1/14412.4.4任意地形地区电波传播损耗中值

任意地形地物的信号中值（或传播衰耗中值）的预测

⑴自由空间的传播衰耗

Lbs=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)

(2)准平滑地形市区的传播衰耗中值LT为：

LT=Lbs

+Am（f、d）-Hb（hb、d）-Hm（hm、f）

如果发射机送至天线的发射功率为PT，则准平滑地形市区接收信号功率中值PP为：

PP=PT-LT

=PT-Lbs-Am（f、d）+Hb（hb、d）+Hm（hb、f）

2023/1/1442(3)任意地形地物情况下的传播衰耗中值LA为：

LA=LT-KT

LT为准平滑地形市区的传播衰耗中值，

KT为地形地物的修正因子，

KT=Kmr+QO+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+Ks

(4)任意地形地物情况下接收信号的功率中值PPCPPC=PP+KT

2023/1/14432.5分集接收技术概念：是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。它利用多条具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径来传输相同信息，并在接收端对这些信号进行适当的合并以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。2023/1/1444☆分集技术：方法有空间分集，时间分集和频率分集等

2023/1/1445☆合并技术：有选择式合并、最大比合并、等增益合并以及开关

式合并等四种。

选择式合并就是将M个接收机的输出信号送入选择逻辑，选择逻辑从M个接收信号中选出具有最高基带信噪比的基带信号作为输出信号。最大比合并就是将M个分集支路经过相位调整后，按适当的增益系数同相相加，再送入检测器。等增益合并是最大比合并的一种特殊情况。开关式合并是监视接收信号的瞬时包络，当本支路的瞬时包络低于预定门限时，将天线开关置到另一条支路上。2023/1/14462.6

噪声

2.6.1.噪声的分类与特性

2.6.2.人为噪声

2023/1/14472.6.1噪声的分类与特性2023/1/14482.6.1噪声的分类与特性内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声。外部噪声又包括自然噪声和人为噪声,这些噪声也属于随机噪声。2023/1/14492.6.2人为噪声

人为噪声是指各种电气装置(如电动机、电焊机、电气开关等)中电流或电压发生急剧变化而形成的电磁辐射。这种噪声电磁波除直接辐射外,还可以通过电力线传播,并由电力线和接收机天线间的电容性耦合而进入接收机。在移动信道中,人为噪声主要是车辆的点火噪声。汽车的流量越大,这种人为噪声的影响就越大。

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互调干扰

邻道干扰同频干扰

2.7干扰2023/1/1451互调干扰互调干扰：两个或多个干扰信号作用于非线性器件，产生与有用信号频率相接近的组合频率，从而对接收机造成的干扰即为。

在实际组网时，可根据具体情况采用无三阶互调信道组，分区分组分配法，等频距分配法。

2023/1/1452减小发射机互调干扰可采取以下措施：

①尽量增大发射机间的耦合损耗LC。当各发射机共用一副天线时，应加入单向隔离器件，如3dB定向耦合器、单向环行器等；在发射机输出端和馈线之间插入高Q值的带通滤波器，增大频率隔离度；发射机、共用器、馈线、天线之间必须良好地匹配；选用良好的馈线等。②为了减小移动台发射机互调干扰，应采用移动台自动功率控制系统。③选用无三阶互调信道组工作。

减小发射机互调干扰2023/1/1453减小接收机互调可采取以下措施：①提高接收机的射频互调抗拒比，一般要求优于70dB。如：高放、混频级采用平方律器件；提高输入回路的选择性、高放增益不宜过高、接收机采用抗干扰性强的方案等。②移动台发射机采用自动功率控制系统；减小无线小区半径、降低最大接收电平等。③选用无三阶互调信道组工作。

减小接收机互调2023/1/1454邻道干扰是指相邻或相近信道之间的干扰。发射机调制边带扩展干扰邻道干扰发射机边带辐射。

2023/1/1455发射机调制边带扩展干扰是指语音信号经调频，它的某些边带频率落入邻近信道所形成的干扰。发射机边带辐射是指存在于发射机载频两侧的噪声，频谱很宽，可能在数MHz范围内对接收机产生干扰。发射机边带辐射的大小，主要取决于振荡器、倍频器的噪声、IDC电路和调制电路的噪声以及电源脉动、脉冲等引起的噪声。

2023/1/1456同频干扰是指相同载频电台之间的干扰。在电台密集的地方，若频率管理或系统设计不当，就会造成同频干扰。

同频干扰

同频单工方式的同频干扰示意图

网络覆盖的评估指标GSM网络覆盖标准：Rx_Power≥-90dBmCDMA网络覆盖标准：Ec/Io≥-12dB且Rx_Power≥-90dBm且Tx_Power≤15dBmRx_PowerGSM系统中，Rx_Power表示在工作频点上接收的电平强度。CDMA系统中，Rx_Power表示在整个1.2288MHz带宽上总的接收功率。Ec/IoEc/Io指每码片信号能量与总功率密度之比。在CDMA系统中，Ec/Io反映了信号的干扰水平。Tx_Power在CDMA系统中，移动台发射电平Tx_Power反映网络的反向覆盖能力。无线网络覆盖的问题及优化弱覆盖问题及优化对于G网来说，如果DT和CQT指标显示Rx_Power弱，对于C网来讲，如果显示Rx_Power弱、Tx_Power高，同时Ec/Io较差，说明该区域属于弱覆盖区域。1.调整天线方位角对于不在天线主覆盖方向的，可以调整天线方位角，使天线水平波瓣的主瓣正对覆盖区，增强信号强度。例题2-5：在日常投诉处理中发现，某市的望都楼小区出现用户投诉，通过现场测试，望都楼小区的室内接收电平Rx_Power为-90dBm，信号较弱，通话质量较差。问题分析与解决：通过分析，该小区属于新建居民小区，周围最近的基站A的2扇区方位角为310度，由于小区刚刚建成，天线主瓣方向没有正对小区，造成小区内信号较弱，引起投诉。解决方案是对基站A的2扇区天线方位角进行调整，将基站A的方位角由310度调整为270度，使其主波瓣正对该居民小区（见图2-17）。调整后，经测试，该小区室内信号达到-72dBm，通话质量良好，弱覆盖问题得到解决。2.调整天线倾角例题2-6：在GSM网络例行测试时发现某村庄的Rx_Power介于-88～-95dBm之间，通话时常常发生掉话。问题分析与解决：发现问题地区周边基站的分布如图2-18所示。其中基站A距离该村庄1.5km,其余基站距离该村庄都在2km以上。但是在测试中发现在该村庄基站A的信号强度并没有明显强于基站B、C、D,因而决定对基站A进行现场勘查。基站D基站B基站C基站A村庄经现场勘查发现，基站A的1扇区天线挂高为55米，方位角为150度，其水平波瓣的主瓣方向基本正朝向该村庄，因而不需要调整；其倾角为6度，可以计算出，其覆盖半径约为520米，可见其倾角设置偏大。根据测量，基站A、C之间距离为4.2km，按照相邻基站覆盖到站距2/3的原则（相邻基站之间有一定的重叠覆盖区域以保证覆盖的连续性），可知基站A的2扇区天线倾角应设置为：θ=arctan(h/R)+2=arctan[55/(4200*0.67)]+2

≈3度根据上述计算结果，将基站A的第二扇区天线倾角由6度调整为3度，问题得到解决。3、增加基站发射功率

例题2-7：某市下伍旗镇位于比较偏远的农村地区，CDMA网络在下伍旗镇建设有1个基站，但由于与周边其它基站站距较大，下伍旗镇境内仍有一些地区覆盖质量较差问题分析与解决：下伍旗基站距离周边的五百户等基站的站距均在6-10km左右，下伍旗基站与周边几个基站之间均不能形成连续覆盖。由于站距较大，通过天线参数调整的手段已经无法解决周边地区的弱覆盖问题。由于该地区人口稀少，经济较不发达，既有基站的话务量很低，因而不适合通过增建基站来解决此处的问题。经询问基站设备生产厂家，该厂家生产的大功率CDMA基站可达到80w的发射功率，考虑可将原来20w发射功率的基站用80w发射功率的基站替代。更换基站后，下伍旗基站的覆盖范围明显增大，较好地解决了周边弱覆盖的问题。4、增加第四扇区如果基站周边的用户分布比较分散，三个扇区无法照顾到各个方向的用户群，而且基站的话务量较高，可以考虑在该基站增加第四扇区来解决覆盖和容量的问题。例题2-8：通过测试发现，某市的乐群公寓内信号较弱，属于弱覆盖区。附近的基站B周边是校园，教学楼、宿舍楼、居民小区分布密集。问题分析与解决：乐群公寓位于基站B的0扇区和2扇区之间，加上楼体的阻挡，虽然距离基站不远，但室内信号较弱。如果将0扇区天线的方位角调整到乐群公寓方向，则影响到目前0扇区方向的覆盖质量。考虑到该基站话务量也很高，因而决定采取在基站B上增加一个扇区的方法来解决问题。这样基站B由三个扇区变为了四个扇区，同时解决了覆盖问题和容量问题。5.增建基站对于距离基站较远、面积较大且有一定用户群体的弱覆盖区域，可以考虑向网络规划部门提出新建基站的建议方案，通过增建基站解决。例题2-9：某县城在县城周边地区新建了一些居民小区，原来的平房被改建成居民楼。其中宝鑫景苑小区的居民入住后，出现手机通信困难的情况，纷纷向通信运营公司提出投诉。问题分析与解决：根据现场勘查了解到，该小区规模较大，以6-7层居民楼为主。距该小区最近的基站是宝坻图书馆基站，直线距离大约1500m5.增建基站对于距离基站较远、面积较大且有一定用户群体的弱覆盖区域，可以考虑向网络规划部门提出新建基站的建议方案，通过增建基站解决。例题2-9：某县城在县城周边地区新建了一些居民小区，原来的平房被改建成居民楼。其中宝鑫景苑小区的居民入住后，出现手机通信困难的情况，纷纷向通信运营公司提出投诉。问题分析与解决